Наша Солнечная система

Наша Солнечная система

48

47

Реферат

по астрономии

на тему:

«Наша Солнечная система»

Содержание

1. Введение

2. Что такое и из чего состоит Солнечная система?

2.1 Планеты земной группы

2.2 Планеты-гиганты или планеты юпитерианской группы

3. Основная информация о Солнце

4. Исследования Солнечной системы

5. Астрономы навели порядок в Солнечной системе

6. Главная цель полетов к телам Солнечной системы

7. Полеты к малым телам Солнечной системы

8. Центр Дальней Космической Связи (ЦДКС) в Евпатории

9. Освоение ресурсов Солнечной системы и перспективы межзвёздных полётов

10. В космический полёт под солнечным парусом

10.1 Система стабилизации

10.2 Регата-плазма

10.3 Регата-астро

10.4 Полеты к астероидам и кометам

Литература

1. Введение

АСТРОНОМИЯ - это наука, которая занимается изучением объектов и явлений, наблюдающихся за пределами атмосферы земли. Недаром прародители современной цивилизации древние греки в числе девяти муз почитали и покровительницу астрономии - Уранию. Как наука, астрономия основывается прежде всего на наблюдениях. В отличие от физиков астрономы были лишены возможности ставить эксперименты. Практически всю информацию о небесных телах приносит нам визуальное наблюдение. Только в последние пятьдесят лет отдельные миры стали изучать непосредственно: зондировать атмосферы планет, изучать лунный и марсианский грунт. Астрономия тесно связана с другими науками, прежде всего с физикой и математикой, методы которых широко применяются в ней. Но и астрономия является незаменимым полигоном, на котором проходят испытания многие физические теории. Космос - единственное место, где вещество существует при температурах в сотни миллионов градусов и почти при абсолютном нуле, в пустоте вакуума и в нейтронных звездах. В последнее время достижения астрономии стали использоваться в геологии и биологии, географии и истории.

Масштабы наблюдаемой Вселенной огромны и обычные единицы измерения расстояний - метры и километры - здесь малопригодны. Вместо них вводятся другие.

Астрономическая единица используется при изучении Солнечной системы. Это размер большой полуоси орбиты Земли: 1 а.е. = 149 миллионов километров. Более крупные единицы длины - световой год и парсек, а также их производные (килопарсек, мегапарсек) - нужны в звездной астрономии и космологии. Световой год - расстояние, которое проходит луч света в вакууме за один земной год. Он равен примерно 9,5*1015 м. Парсек исторически связан с измерением расстояний до звезд по их параллаксу и составляет 1 пк = 3,263 светового года = 206 265 а.е. = 3,086*1016 м.

Сейчас уже нет необходимости определять курс корабля по звездам, предсказывать разлив Нила или считать время по песочным часам: на смену астрономии здесь пришли технические средства. Но астрономия и космонавтика по-прежнему незаменимы в системах связи и телевидении, в наблюдениях Земли из космоса.

Астрономия изучает фундаментальные законы природы и эволюцию нашего мира. Поэтому особенно велико ее философское значение. Фактически, она определяет мировоззрение людей.

Понять природу наблюдаемых тел и явлений во Вселенной, дать объяснение их свойствам, люди хотели всегда. Но они строили картину мира, соответствующую с тем данным, которыми располагали и своим мировоззрениям. С течением времени картина мира менялась, потому что появлялись новые факты и новые мысли о сущности небесных явлений, а главное - появлялась возможность проверить правильность тех или иных идей через наблюдения и измерения, используя достижения смежных с астрономией наук. Не всегда изменение взглядов на мир носило характер простого уточнения - иногда это была настоящая революционная ломка старых представлений, как, скажем, утверждение гелиоцентрической системы Коперника или теории относительности Эйнштейна. Но и в эти переломные моменты астрономы сохраняли глубокое уважение к трудам своих предшественников, рассматривая их вклад как серьёзный и важный этап в общем движении к истине.

Уходящая корнями в седую старину, история астрономии рисует нам творцов этой науки как людей, каждый из которых представлял своё время. Им были присущи обычные человеческие эмоции и слабости, их рассуждения содержали и гениальные прозрения, и досадные ошибки. Но все эти люди были покорены величием мироздания и устремляли свои силы к познанию истины о нём.

Профессиональных астрономов немного - около 10 тыс. человек на всём земном шаре. Но благодаря растущему научно-техническому потенциалу цивилизации этого количества оказывается достаточно для того, чтобы астрономические исследования быстро продвигались вперёд.

Последние годы всё большую популярность приобретает любительская астрономия. Целая армия поклонников этой науки покупает или самостоятельно конструирует телескопы, ведёт наблюдения, фотографирует небесные объекты. Их вклад в развитие астрономии трудно переоценить.

Астрономия - это такое поле приложения человеческих сил и интересов, которое может увлечь любого: и мечтателя, и физика, и лирика. Вот оно над вами - вечное звёздное небо, преисполненное несказанной красоты и высокой тайны. Оно открыто всем и вознаграждает верных, наполняя их жизнь светом и смыслом. [1]

2. Что такое и из чего состоит Солнечная система?

Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Эти девять планет, обращающихся по огромным эллипсам вокруг Солнца и образуют нашу Солнечную систему. Солнечная системам вместе с миллионами других звездных систем образуют нашу галактику - Млечный Путь. Поскольку Солнце находиться на окраине Млечного Пути, то в ясную ночь его можно наблюдать в виде широкого слабо мерцающего пояса.

За последнее время мы многое узнали о планетах и звездах. Нам известны их размеры, вес и состав, расстояние от них до Солнца и скорости их вращения. А современные астрономические приборы, такие, как радиотелескопы и космические зонды, позволили нам выяснить, как же возникла Вселенная и звезды. Наше Солнце и планеты родились примерно 5 миллиардов лет назад из частиц пыли и газа, которых и сегодня еще много во Вселенной. Эти частицы взаимно притягиваются и со временем собираются в различных местах Вселенной в плотные облака. Когда в облаке набирается достаточно вещества, из-за возросшей силы тяготения оно начинает сжиматься. В нем повышается давление и температура, и в конце концов оно начинает пылать -- так возникло наше Солнце. Когда частицы пыли и газа собираются вместе и уплотняются, они начинают все быстрее вращаться вокруг центра нового небесного тела. С увеличением скорости вращения увеличивается и центробежная сила, действующая на вращающиеся тела в противоположную от центра сторону. Именно она не позволяет веществу упасть на формирующееся Солнце, заставляя некоторую его часть собираться вокруг центрального светила.

В Солнечной системе живут самые разнообразные обитатели. Планеты с их лунами, кометы, астероиды, метеорные рои и межпланетная среда, удерживаемые гравитационным притяжением Солнца. Если не говорить о Солнце, в свете которого меркнет все, то главными членами Солнечной системы являются планеты. Планеты являются вторыми по значимости, потому что они -- самые массивные тела, находящиеся на орбитах вокруг Солнца. Планеты и астероиды движутся вокруг Солнца по орбитам, лежащим близко к плоскости земной орбиты и солнечного экватора и в том же направлении, что и Земля. Орбиты больших планет лежат в пределах 40 а. е. от Солнца, хотя область гравитационного влияния Солнца намного больше. Кометы, наблюдаемые внутри Солнечной системы, возможно, происходят из облака Оорта, находящегося на расстоянии многих тысяч астрономических единиц.

Планеты в Солнечной системе собрались в две компании. Более близкой к Солнцу является четверка планет земной группы. Они получили своё название за сходство с нашей планетой Земля. На уже почтенных расстояниях от центрального светила расположились планеты-гиганты. Их тоже четыре. Давайте посмотрим, чем же эти две группы друг от друга отличаются. [1]

2.1 Планеты земной группы

К планетам земной группы относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс (в порядке удаленности от Солнца). При исследовании этих планет выяснилось, что все они обладают малыми размерами и, главное, массами. Самая массивная из планет земной группы -- Земля -- в 330000 раз легче Солнца. Однако плотность планет земной группы довольно велика: в среднем, она в пять раз больше плотности воды. [1]

2.2 Планеты-гиганты или планеты юпитерианской группы

Планеты-гиганты расположились за орбитой Марса. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Уже давно астрономы знают, что планеты-гиганты гораздо больше и массивнее планет земной группы. Самый лёгкий гигант -- Уран -- в 14,5 раза массивнее Земли. Но даже самая массивная планета Солнечной системы -- Юпитер -- в 1,000 раз уступает в этом показателе Солнцу. Впрочем, надо сказать, что по астрономическим меркам эту разницу можно назвать значительной, но не огромной. В то же время, плотность планет гигантов 3--7 раз уступает плотности планет земной группы.

У планет-гигантов нет твёрдой поверхности. Газы их обширных атмосфер, уплотняясь с приближением к центру, постепенно переходят в жидкое состояние. Эти планеты быстро совершают один оборот вокруг своей оси (10--18 часов). Причём, они вращаются как бы слоями: слой планеты, расположенный вблизи экватора, вращается быстрее всего, а околополярные области являются самыми неторопливыми. Как мы увидели раньше, планеты-гиганты -- жидкие планеты, этим обстоятельством и вызвано их необычное вращение. По той же причине гиганты сжаты у полюсов, что можно заметить в простой телескоп. Солнце, являясь газовым шаром, тоже вращается слоями с периодом 25--35 суток. [1]

3. Основная информация о Солнце

Для того, чтобы понять строение такого гигантского объекта, как Солнце, нужно представить себе огромную массу раскалённого газа, которая сконцентрировалась в определенном месте Вселенной. Солнце на 72% состоит из водорода, а остальную часть в основном составляет гелий. Эти два газа очень легкие, но если вспомнить, что Солнце весит столько же, сколько весили бы 333000 наших планет, то можно себе представить, какова их концентрация. Температура внешней оболочки Солнца составляет 5900°. Внутри же она составляет 15 миллионов градусов.

Излучающая поверхность Солнца называется фотосферой. Фотосфера имеет зернистую структуру, называемую грануляцией. Каждое такое «зерно» размером почти с Германию и представляет собой поднявшийся на поверхность поток раскалённого вещества. На фотосфере часто можно увидеть относительно небольшие темные области -- солнечные пятна. Они на 1500° холоднее окружающей их фотосферы, температура которой достигает 5800°. Из-за разницы температур с фотосферой эти пятна и кажутся при наблюдении в телескоп совершенно черными. Над фотосферой расположен следующий, более разряженный слой, называемый хромосферой, то есть «окрашенной сферой». Такое название хромосфера получила благодаря своему красному цвету. И наконец, над ней находится очень горячая, но и чрезвычайно разреженная часть солнечной атмосферы -- корона. [1]

4. Исследования Солнечной системы

Расширение спектрального диапазона наблюдений способствовало изучению планет и других объектов Солнечной системы. ИК-спектроскопия позволила определить молекулярный состав планетных атмосфер и кое-что узнать о минеральном составе их поверхности. Последнее особенно важно для изучения семейств астероидов и формирования представлений о природе породивших их тел. УФ-спектроскопия и другие методы наблюдений оказались полезными для изучения верхних слоев планетных атмосфер и гигантских водородных корон, окружающих кометы.

Представления докосмической эпохи. До начала 1960-х годов астрономы представляли внутренние планеты Солнечной системы как каменистые тела с атмосферой. О Меркурии было известно мало. Было установлено, что плотная атмосфера Венеры в основном состоит из углекислого газа. Радионаблюдения указывали на очень высокую температуру, но неясно было, относится ли она к поверхности планеты или к верхним слоям ее атмосферы. Предполагалось, что у поверхности Венеры температура умеренная и, возможно, даже существует океан воды. Марс не давал астрономам покоя своими сезонными изменениями полярных шапок, облаками и трудноуловимыми деталями поверхности. После жарких дебатов в начале 20 в. между П.Ловеллом (1855-1916) и большинством других астрономов о том, есть ли на Марсе следы жизни, он оставался загадочной планетой.

Луна, наиболее исследованный после Земли объект Солнечной системы, была хорошо картографирована еще до начала 20 в. Однако природа многочисленных кратеров на ее поверхности (вулканическая активность или метеоритные удары?) долгое время оставалась темой острых дискуссий, пока большинство ученых не склонились к гипотезе об ударной природе большинства лунных кратеров. Происхождение Луны и ее связь с Землей также оставались предметом споров. Если Луна, как считали некоторые известные ученые, является первичным телом, не изменившимся с эпохи формирования Солнечной системы, то именно на ней хранится ключевая информация, практически потерянная на Земле в результате эрозии и других процессов.

В начале 20 в. уже было ясно, что внешние планеты Солнечной системы существенно отличаются от внутренних планет своими огромными размерами, малой плотностью и низкой температурой. Спектроскопическое обнаружение метана как главной составляющей их атмосфер стимулировало работу астрономов над моделями внутреннего строения гигантских газовых планет. Развитая после войны ИК-спектроскопия принесла новые данные и позволила Дж.Койперу (1905-1973) впервые обнаружить атмосферу у спутника планеты (это был Титан, спутник Сатурна). В 1955 было открыто мощное радиоизлучение Юпитера, происхождение которого осталось неясным.

Исследования с помощью космических аппаратов. Во второй половине 20 в. изучение Солнечной системы совершенно изменили космические зонды, подлетевшие ко всем планетам (кроме Плутона), к Луне и многим другим спутникам, к нескольким астероидам и кометам, а также непосредственно изучавшие Луну, Венеру, Марс и Юпитер с помощью автоматических орбитальных и посадочных аппаратов и даже экспедиций космонавтов (на Луну)

Межпланетный аппарат «Маринер-2» положил конец надеждам на умеренный климат Венеры, измерив очень высокую температуру ее поверхности. Десятки космических аппаратов, включая орбитальные, посадочные и атмосферные зонды, за прошедшие 40 лет довольно подробно изучили Венеру. При температуре поверхности выше точки плавления свинца, поддерживающей кору планеты в пластичном состоянии, и с чрезвычайно плотной атмосферой из углекислого газа, в которой плавают облака из серной кислоты, Венера выглядит малопривлекательным местом. «Маринер-10», пролетев мимо Венеры, затем трижды прошел мимо Меркурия, сфотографировав более половины его поверхности, покрытой кратерами, как лунная.

Марс после каждого визита к нему космических зондов представляется по-новому. «Маринер-4» поразил ученых изображениями луноподобной поверхности Марса, густо покрытой кратерами. «Маринеры-6 и -7» обнаружили пустые русла, как будто образованные протекавшей по ним в далеком прошлом водой. «Маринер-9» передал с орбиты изображения всей планеты и открыл на ней гигантские древние вулканы. Орбитальные аппараты двух «Викингов» составили подробную карту планеты, а их посадочные аппараты изучали атмосферу и образцы в двух точках на ее поверхности. Хотя признаков жизни там не было обнаружено, Марс показал себя динамичной планетой с богатой историей. Сопоставление различных эволюционных путей Венеры, Земли и Марса стало первым серьезным достижением космической планетологии, объединившей усилия астрономов, геологов, физиков, химиков и метеорологов для разгадки природы планет.

Хотя Луна привлекала к себе внимание в основном по политическим и прочим ненаучным соображениям, ее научные исследования весьма продуктивны. В 1960-х годах Луна была осмотрена и изучена автоматическими станциями: сначала - пролетавшими вблизи или падавшими на ее поверхность, а затем - орбитальными и посадочными. Двенадцать космонавтов на шести кораблях «Аполлон» (1969-1972) побывали на поверхности Луны, доставили туда приборы и привезли назад сотни килограммов образцов породы. Возраст Луны оказался близок к земному, а сама она предстала перед учеными хотя и не совсем реликтовой, как они надеялись, он все же проделавшей совершенно самостоятельный эволюционный путь, отличный от земного. Образцы лунного грунта и другие данные позволили воссоздать историю Луны и, опираясь на это, понять многие аспекты ранней истории Солнечной системы. В частности, статистический анализ лунных кратеров был использован при изучении поверхности других планет. Экспедиции к внешним планетам требуют дальнейшего развития космической техники, сооружения мощных носителей и больших вложений для реализации грандиозных проектов, результаты которых можно ожидать лишь через многие годы.

В 1970-1980-х годах несколько зондов были посланы с разведывательной целью к Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну. Даже самые прозорливые планетологи были удивлены переданными на Землю изображениям и данными. В атмосфере Юпитера темные полосы и светлые зоны между ними, а также пятна, которые астрономы напряженно изучали с Земли, «рассыпались» на многочисленные цветные, закрученные циклонами облака. Кольца Сатурна, в которых при наблюдении в телескоп было заметно лишь несколько щелей, с близкого расстояния стали похожи на грамофонную пластинку с сотнями бороздок, возможно, завитых в спираль. Системы колец Урана и Нептуна, незадолго до этого обнаруженные с Земли, оказались весьма сложными. У Юпитера также было открыто тонкое кольцо. Ледяные спутники всех больших планет, которые при наблюдении в телескоп выглядят светлыми точками или, в лучшем случае, крохотными дисками с цветными пятнышками, оказались самобытными объектами, каждый со своей сложной историей. Космические зонды обнаружили активные геологические процессы, такие, как действующие вулканы, извергающие серу, на спутнике Юпитера Ио, а также гейзеры, фонтанирующие азотом, на спутнике Нептуна Тритоне.

В 1986 армада космических зондов разных стран встретилась с кометой Галлея и передала изображения ее ядра. В начале 1990-х годов аппарат «Галилео» осмотрел два астероида во время своего 2-летнего путешествия в систему Юпитера, где он сбросил зонд в атмосферу этой планеты. Изображения нескольких астероидов были составлены по данным наземных радаров. [2]

5. Астрономы навели порядок в Солнечной системе

В Солнечной системе осталось 8 планет. Такое решение принято 24 августа 2006 года в Праге на 26-й Ассамблее Международного астрономического союза. После передела Солнечная система стала выглядеть удивительно гармонично: планеты земной группы -- пояс астероидов -- планеты-гиганты -- пояс Койпера. Среди планет воцарился порядок, какой и должен быть в системе, населенной разумными представителями Вселенной.

А началось всё в далеком 1930 году, когда Клайд Томбо после долгих бессонных ночей у блинк-компаратора (прибора, позволяющего выявлять движущиеся небесные объекты на фоне неподвижных звезд) обнаружил слабенькую звездочку 14-й звездной величины. Звездочка медленно перемещалась на фоне звезд, а дальнейшие расчеты показали, что она находится за орбитой Нептуна. Это был Плутон. Дальнейшие наблюдения выявили первую «странность» планеты: ее орбита оказалась слишком вытянутой, заходящей даже внутрь орбиты Нептуна. Более того, наклон орбиты новой планеты к плоскости эклиптики оказался равным 17 градусам, что тоже выделяло ее из стройного ряда остальных планет.

Но поскольку диаметр Плутона, измеренный самыми современными на тот момент астрономическими приборами, достигал размеров Меркурия (около 5000 км), ученым ничего не оставалось, как признать его девятой планетой Солнечной системы. Многие годы во всех учебниках по астрономии напротив данных о Плутоне стояли прочерки или вопросы и никто не помышлял о том, чтобы изменить статус этого небесного объекта. А открытие 30 лет назад у Плутона спутника и вовсе поставило его а один ряд с такой системой, как Земля--Луна.

Но вот настал век новых технологий, космических телескопов и наземных оптических обсерваторий с адаптивной оптикой, но первоначально это не предвещало для Плутона ничего плохого. Астрономы направляли объективы новых телескопов в первую очередь в глубь Вселенной. «Гром среди ясного неба» раздался в 1998 году, когда был открыт транснептуновый объект Хаос. Но он оказался даже меньше самых крупных астероидов из пояса между Марсом и Юпитером.

Ученые успокоились, но ненадолго. Начиная с 2000 года открытия транснептуновых объектов или объектов пояса Койпера посыпались одно за другим. В 2002 году наделал много шума Кваоар, лишь в два раза уступающий Плутону в диаметре. На следующий год соперником девятой планеты стала Седна, вплотную приблизившись к ней по размерам. Последней каплей, «переполнившей чашу терпения», стала Ксена, размеры которой, по первоначальным оценкам, были в полтора раза больше, чем у Плутона. Хотя в последствии выяснилось, что Ксена больше лишь на пару сотен километров, ход истории уже изменить было нельзя.

Назревала нестабильная ситуация, требующая немедленного разрешения. Что делать? Добавлять новые открытые тела в состав планет? Считать их объектами другого типа? На все эти вопросы должен был ответить Международный астрономический союз, 26-я Ассамблея которого проходила в чешской столице в августе нынешнего года.

Рассматривая передел Солнечной системы, ученые поначалу решили увеличить количество планет до 12, добавив к имеющимся Цереру, Ксену и Харон (спутник Плутона). Но все же окончательное решение оказалось не в пользу Плутона, просуществовавшего в качестве большой планеты 76 лет.

Горячие дебаты закончились резолюцией по планетам, состоящей из нескольких пунктов, достаточно точно определяющих основные характеристики, которыми должна обладать большая планета (по определению -- классическая планета). Теперь классической планетой считается небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу для того, чтобы самогравитация превосходила твердотельные силы и тело могло принять гидростатически равновесную (близкую к сферической) форму, и, кроме этого, очищает окрестности своей орбиты (то есть рядом с планетой нет других сравнимых с ней тел). Под это определение попадают Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Следующий тип небесных тел, входящих в состав Солнечной системы, -- это карликовая планета или небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу для того, чтобы тело могло принять близкую к сферической форму, но которая уже не очищает окрестности своей орбиты и не является спутником другой планеты. Отныне Плутон, а также Церера и 2003 UB313 (Ксена) будут относиться именно к этому типу небесных тел, хотя астрономы всё же хотят отнести их к особому классу объектов, которые будут иметь общее название плутоны. Поэтому, Плутону, похоже, не придется сильно «расстраиваться», т.к. он будет возглавлять новый класс небесных объектов.

Интересно отметить еще одну деталь. Получается, что NASA исследовало космическими аппаратами все восемь планет Солнечной системы уже 17 лет назад («Вояджер-2» пролетел около Нептуна в 1989 году). Предназначенный же для исследования Плутона космический корабль «Новые горизонты», отправившийся к 9-й планете Солнечной системы в январе 2006 года, в 2015 году будет изучать уже карликовую планету класса плутонов. Кстати, в 2007 году NASA планирует запустить космический корабль Dawn, целью которого станет изучение Цереры. Поэтому именно она окажется первой в истории освоения космического пространства карликовой планетой, которой достигнет рукотворный аппарат.

Страницы: 1, 2, 3